基于学生科学思维培养的高中物理高效课堂建构

刘湘衡

摘要：物理是众多科学学科的基础，在高中阶段，物理也是理科教学的一个重要组成部分。在高中物理学科教学中，如何让学生意识到自身所学习的知识内容与科技发展之间的关系，如何让学生学会运用物理知识理解和探究生活中的物理现象，一直是物理教学研究的重点。文章以物理教学实例为基础，从培养学生的求证思维、逻辑思维、证伪思维及具体教学方法出发，探讨高中物理教学中培养学生科学思维的路径，构建高效的物理课堂。

关键词：高中物理;科学思维;高效课堂;物理实验;教学方法

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1671-0568（2019）05-0018-02

在教学内容不断革新的背景下，学生理解内容的难度也随之加大。在物理学科方面，越深入的知识离日常生活越遥远，而高中学生并不能很好地理解此类知识，往往会在难度加大后因理解困难而感到枯燥无聊。所以，需要以科学思维的视角去引导学生理解高中物理知识，了解物理知识的作用与意义。

一、科学思维在物理学中的体现

1.求证思维。物理学是现代科学的基础，是一门科学的学科，但在分析和研究的过程中，仍然要对物理学科的科学性做深入拆分，让教学更具有科学性，激发学生学习物理学的兴趣。基于此，教师在教学过程中首先要在物理学科中发现科学思维，即求证思维。求证思维是一体两面的，它一方面包含猜想过程，另一方面包含证明过程，展现出作为科学学科的物理学所具有的包容性和准确性。从求证思维角度可以看出，物理学并不是非此即彼的偏执论断，而是根据每一个求证步骤而逐步实现自身证明的论断。

以物理学历史上著名的“薛定谔的猫”为例，薛定谔设置了一个机关，让猫待在完全密闭的空间，而外部人员通过操纵两个不同的按钮，为猫放入毒气或氧气。薛定谔通过这一装置展现了这样一种事实：当我们想求证猫的确定状态时，必须要打开箱子才能够确认它的生或死，然而在还没有打开箱子的情况下，我们只能认为它处于一种半生半死的状态，而这种状态也是科学求证中必须要经历的一个步骤，它体现了物理学求证思维的严谨性和科学性。

2.逻辑思维。逻辑思维在任何一个学科的学习过程中都十分重要，它不仅是学生在学习过程中需要运用到的一种思维方式，更是学生在今后生活中常会使用的一种思维模式。逻辑思维的本质在于通过把握事物的运动规律和变化方式来把握事物与事物之间、现象与现象之间的关系。物理学研究的是客观世界中的一切物质，这与逻辑思维的思维本质高度契合，可以说物理学本身就是在拥抱逻辑。

逻辑思维对物理学很重要，是因为作为科学的物理学必须要经得住逻辑推理的检验，最终能够完成逻辑自洽，证明自身合理性。物理学研究的客观世界是十分丰富且复杂的，在客观世界中不同的原因可以导致同一结果，同一种物质在不同的条件下也可能会产生不同现象。如果没有严密的逻辑做支撑，那么物理学看待客观世界的视角就会变得十分模糊，学生也就无法把握物理学学科知识。因此，逻辑思维对于培养学生的科学思维十分重要，对物理学科的教学来说也是十分重要的。

3.证伪思维。证伪思维是一种科学的思维方式和研究方法，物理学知识不但要能够被证明，同时还要能够被证伪，这对于高中学生来说可能较难理解，但可被证伪是科学知识的一个必要条件。例如，牛顿以其天才般的想象力推断出牛顿三定律，奠定了经典物理学的基本构架，直到今天，在宏观层面上，仍然可以应用牛顿的经典力学。从这个层面上讲，牛顿猜想是可被证实的。然而，爱因斯坦在20世纪提出了自己的猜想，认为在微观层面上，时间和空间是可以被扭曲的，基本的物理学定律是可以被颠覆的，在此前提下，牛顿经典三定律不再起作用，牛顿的经典理论被证伪。一种科学的论断必须要经历这样的过程，从猜想到证实，从证实到发展，再从发展到被证伪。所谓被证伪并不是说这种知识和认知是完全错误的，而是指人们的认知已经扩大维度，在新的维度中，原来的认知不再起作用，这是科学知识的本质，同时也昭示着科学知识的边界是无限的。学生拥有这种证伪思维，才能不断去挑战自身极限，探索未知的领域，真正感受到学习知识的乐趣。

二、以科学思维构建高效高中物理课堂的策略

1.以实验引导学生培养求证思维。从上文论述可知，求证思维对于物理学科十分重要，在教学中，求证思维更多体现在猜想推论及实验证明两方面。所有的教学内容实际上已经在物理学界被证实了，而教学的主要任务是让学生理解和接受学界的证实过程，并且将相关的知识记忆运用起来。既然要培养学生的科学思维，就必须让学生学会质疑与求证，学会自主探究，积极参与实验就是一个十分重要的手段。

例如，在介绍胡克定律时，需要用实验向学生展示知识的运用场景。在传统教学中，常常是教师展示实验，学生进行记录，这易让学生感觉枯燥，也缺少亲身参与的机会。因此，应为学生搭建一个实验求证场景，让他们自主探究“弹簧的长度与弹力之间”的关系。如此，学生将会对相关知识的记忆更加清晰深刻，同时也更了解其中的知识原理，更好地掌握知识内容。

2.以课堂延伸培养学生逻辑思维。学生学会以实验方式对知识进行求证之后，还需要将知识与知识、知识与现象联系起来。学生不能仅了解口头上的物理知识和物理定律，也要能够理解知识与知识之间的联系，能够建构完整的知识体系并发展完善，将自身所拥有的知识与更广阔的知识内容以及生活场景联系起来。

例如，上文提及的胡克定律与弹力相关，弹力是力学诸多内容中的一个部分，力学还包括了重力、摩擦力等。学生可以在学习后将一种知识的求证方式和运用场景应用于更多的知识内容学习中。通过对知识之间的把握联系，学生能够更好地去勾画自身的知識图谱，以现有知识判断新的猜想和论断是否具有合理性，这也是学生更好地运用知识的一种途径。

3.通过证伪完善学生的科学思维。在基础的知识学习结束后，要让学生学会将已有知识进行证伪。证伪是一项能力，也是最终形成科学思维的一个重要步骤。从上文论述可知，任何科学知识在科学体系的范围之内都具有可证伪性，学生只有通过自己的推论和猜想将一项知识内容进行证伪，才是真正学会了运用物理知识。

例如，浮力是力学中比较基础的部分，完成了力学教学后，可以要求学生构想一种情境，让浮力的相关定理在其中失效，即被证伪。这要求学生对浮力的相关定理和知识内容有深入的理解，才能构建一个浮力失效的情境。比如当物质密度完全均一或当引力不存在，浮力的相关参数就无法展现出来。在创设证伪情境的过程中，学生完成了一次对浮力知识的回顾，同时也展现了知识的运用能力，最重要的是学生可以真正理解科学的可证伪性，这对科学思维的培养意义重大。

在当前的高中物理教学中，必须要让学生拥有通过自身实践去证明相关猜想的能力，在证明猜想的过程中还要拥有逻辑思维能力，要具有证伪精神，能对知识推陈出新，形成完整的科学思维体系。